보스턴 다이나믹스 '더 뉴 아틀라스': 전동화 전환의 메카트로닉스 설계 및 공급망 혁신에 대한 기술 백서

보스턴 다이나믹스 전기식 아틀라스의 5대 핵심 모듈(프레임, 액추에이터, 센서, 배터리, 컴퓨팅) 상세 BOM 리스트와 기술 사양 분석 보고서입니다.

유압 호스를 다 버린 '전기식 아틀라스', 그 속에는 어떤 괴물급 부품이 들어있을까?

56개 관절과 2,070 TFLOPS의 두뇌, 올 뉴 아틀라스 800개 핵심 부품 BOM 분석

연구실을 벗어난 '슈퍼 작업자' 아틀라스, 인간의 가동 범위를 넘어서는 부품 스펙의 실체

1. 서론: 휴머노이드 로봇의 새로운 시대

본 기술 백서는 보스턴 다이나믹스의 휴머노이드 로봇 '아틀라스(Atlas)'가 유압식 구동 시대의 상징에서 상업적 배포를 목표로 하는 완전 전동식 플랫폼으로 진화하는 과정의 기술적, 전략적 배경을 심층 분석하는 것을 목적으로 한다. 2013년 처음 공개된 이래 아틀라스는 압도적인 동적 성능으로 로봇 공학의 가능성을 제시해왔으나, 그 동력원인 유압 시스템은 산업 현장 적용에 있어 본질적인 한계를 내포하고 있었다.

2024년 4월 공개된 '더 뉴 아틀라스'는 이러한 한계를 극복하기 위한 근본적인 재설계의 결과물이다. 이 전환은 단순히 동력원을 유압에서 전기로 변경하는 수준을 넘어, 제조 공정의 최적화, 부품의 통합, 그리고 현대자동차그룹의 글로벌 공급망과의 긴밀한 연계를 통해 대량 생산과 상업적 가치를 극대화하려는 전략적 선택이다. 본 백서는 이러한 패러다임 전환의 핵심을 ▲기존 유압식 시스템의 한계 분석, ▲전동식 아키텍처의 전략적 이점 평가, ▲5대 핵심 메카트로닉스 모듈 심층 분석, ▲현대자동차그룹과의 공급망 혁신으로 나누어 상세히 기술한다.

이러한 혁신적 변화의 당위성을 이해하기 위해서는 먼저, 기존 유압식 아틀라스가 왜 상업화의 문턱에서 멈춰 설 수밖에 없었는지 그 기술적 한계를 면밀히 살펴볼 필요가 있다.

2. 유압식에서 전동식으로의 패러다임 전환

유압식 시스템은 높은 출력 밀도와 뛰어난 충격 흡수 능력 덕분에 아틀라스가 경이로운 동적 성능을 발휘하는 기반이 되었다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고, 연구실을 벗어나 24시간 가동되는 산업 현장에 투입되기 위해서는 기술적 패러다임의 전환이 불가피했다. 전동식 아키텍처로의 전환은 선택이 아닌, 상업용 휴머노이드 로봇의 미래를 위한 필수적인 결정이었다.

2.1. 기존 유압식 아틀라스의 기술적 한계 분석

기존 유압식 아틀라스 시스템은 상업적 배포를 가로막는 네 가지 명확한 기술적 한계를 가지고 있었다.

• 복잡한 배관 및 누출 위험: 수많은 고압 유압 호스와 피팅으로 구성된 시스템은 구조적으로 복잡하고 유지보수가 까다로웠다. 특히, 유압유 누출은 로봇 자체의 고장은 물론, 작업 환경을 오염시키고 안전사고를 유발할 수 있는 치명적인 위험 요소였다.
• 낮은 에너지 효율성: 유압 시스템은 필요한 힘을 생성하기 위해 지속적으로 고압 펌프를 가동해야 했다. 이는 로봇이 대기 상태에 있을 때조차 상당한 에너지를 소모하게 만들어, 배터리 구동 기반의 장시간 운용에 부적합했다.
• 극심한 작동 소음: 고압 유압 펌프에서 발생하는 극심한 소음은 인간 작업자와 협업해야 하는 산업 현장, 특히 실내 환경에서의 적용을 거의 불가능하게 만드는 요인이었다.
• 유지보수의 난해함: 복잡한 밸브 매니폴드와 주기적인 유압유 관리는 전문 인력을 요구했으며, 이는 로봇의 총소유비용(TCO)을 상승시키는 주요 원인이었다.

2.2. 전동식 아키텍처의 전략적 이점 평가

전동식 아키텍처로의 전환은 단순한 기술적 개선을 넘어, 상업적 배포를 위한 **전략적 필수 요건(strategic imperatives)**을 충족시키는 결정이었다. 각 이점은 아틀라스의 총소유비용(TCO) 절감과 운용 효율성(Operational Efficiency) 극대화에 직접적으로 기여한다.

• 정밀 제어 및 유연성: 총 56개에 달하는 자유도(DoF) 관절 각각에 통합된 전기 모터는 **동적 서보 제어(Dynamic Servoing)**를 통해 실시간으로 강성과 유연성을 정밀하게 조절한다. 이는 유압식으로는 불가능했던 인간 수준의 정교한 조작 능력을 확보하는 기반이 되었다.
• 에너지 효율성 및 정숙성: 필요한 순간에만 전력을 사용하는 전동식 액추에이터는 에너지 효율을 획기적으로 개선하여 장시간 운용을 가능하게 했다. 또한, 작동 소음이 거의 없어 인간과 같은 공간에서 안전하게 협업할 수 있는 환경을 조성했다.
• 설계 혁신과 가동 범위: 유압 호스의 꼬임 문제에서 해방된 전동식 설계는 슬립링(Slip Ring) 구조를 도입하여 목, 허리, 힙 관절의 360도 연속 회전을 실현했다. 이는 로봇이 방향 전환을 위해 발을 옮길 필요 없이, 가장 효율적인 동선으로 작업을 수행할 수 있게 하여 인간의 신체적 제약을 초월한 기동성을 제공한다.
• 유지보수 용이성 및 양산성: 부품 수를 줄이는 '부품 통합(Part Consolidation)' 설계와 배선 관리 혁신은 유지보수 주기를 늘리고 생산 시 조립 공수를 획기적으로 단축시켰다. 이는 대량 생산을 통한 원가 절감의 핵심 요소로 작용한다.

이러한 패러다임 전환을 가능하게 한 것은 단순히 모터 기술의 발전뿐만이 아니다. 아틀라스의 성능은 고도로 통합된 핵심 하드웨어 모듈들의 유기적인 결합을 통해 완성되며, 다음 섹션에서는 이를 심층적으로 분석한다.

3. 핵심 메카트로닉스 모듈 심층 분석

더 뉴 아틀라스의 경이로운 성능은 상호 유기적으로 작동하는 5대 핵심 메카트로닉스 모듈의 의도적인 통합 시스템이다. 이 모듈들은 각각 로봇의 '근육', '뼈대', '오감', '심장', 그리고 '두뇌' 역할을 수행한다. 그 진정한 혁신은 개별 부품의 성능을 넘어, 출력 대 효율, 정밀성 대 내구성, 성능 대 비용이라는 로봇 공학의 고전적인 트레이드오프를 균형 있게 해결하기 위한 시스템적 통합에 있다.

3.1. 전동식 액추에이터 모듈: 고출력 밀도 통합 조인트

액추에이터는 로봇의 '근육'에 해당하며, 전기 에너지를 물리적 운동으로 변환하는 핵심 유닛이다. 더 뉴 아틀라스는 총 56개의 자유도를 가지며, 각 관절은 모터, 감속기, 제어기, 인코더가 하나의 패키지로 통합된 '통합 조인트 모듈' 형태로 설계되어 양산성과 유지보수성을 극대화했다.

모터 기술 분석

아틀라스의 액추에이터는 극단적인 **중량 대비 토크비(Torque-to-weight ratio)**를 목표로 설계되었다. 이를 위해 하우징이 없는 프레임리스(Frameless) 형태의 영구자석 동기모터(PMSM) 또는 BLDC 모터가 채택되었다. 이 방식은 로봇의 프레임 자체를 모터의 외함으로 활용하여 전체 중량을 줄이고 강성을 높이는 데 유리하다. 추정되는 액추에이터의 토크 밀도는 180Nm/kg을 상회하며, 이는 인간 운동선수의 근육 수축력에 필적하는 폭발적인 힘을 제공한다. 이러한 토크 밀도는 로봇의 총 중량(90kg) 대비 순간 가반하중(50kg)이라는 경이로운 성능비를 달성하는 물리적 기반이며, 이는 산업 현장에서 요구되는 폭발적인 힘을 전동식으로 구현했음을 의미합니다.

감속기 기술 비교

모터의 고속 회전을 강력한 토크로 변환하는 감속기는 관절의 부하 특성에 따라 두 가지 유형이 전략적으로 혼용된다. 이는 정밀성과 내구성이라는 상충되는 목표를 최적화하기 위한 설계적 선택이다.

감속기 유형	주요 특징	적용 부위
하모닉 드라이브 (Harmonic Drive)	제로 백래시(Zero Backlash)로 정밀 위치 제어에 탁월하며, 경량화에 유리하다. 단, 외부 충격에는 상대적으로 취약하다.	팔(Arm), 손(Hands), 목(Neck) 등 정밀하고 부드러운 조작이 필요한 부위
사이클로이드/RV 감속기 (Cycloidal Reducer)	강성이 매우 높고 충격 하중(Shock Load) 저항력이 뛰어나다. 상대적으로 무겁지만, 고하중 환경에서 높은 신뢰성을 보이며, 50kg의 물체를 급격히 들어 올릴 때 발생하는 충격을 효과적으로 흡수합니다.	50kg 이상의 하중을 견뎌야 하는 고관절(Hip)과 무릎(Knee)

3.2. 프레임 및 구조 모듈: 항공우주 소재와 적층 제조의 융합

'무게 대비 강성의 극대화'라는 설계 목표 아래, 아틀라스의 골격은 최첨단 소재와 제조 공법의 융합으로 탄생했다.

소재 및 가공 방식

주요 골격에는 높은 강도와 내식성을 자랑하는 **티타늄 합금(Ti-6Al-4V)**과 **고강도 알루미늄 합금(Al-7075)**이 사용되었다. 특히, 보스턴 다이나믹스는 가공이 까다로운 티타늄을 다루기 위해 금속 3D 프린팅(DMLS) 기술을 적극 활용했다. 이 기술은 하중이 집중되는 부위에만 재료를 배치하는 위상 최적화(Topology Optimization) 설계를 가능하게 하여, 기존의 CNC 절삭 가공 방식으로는 구현할 수 없는 가볍고 견고한 구조를 실현했다.

구조적 혁신

더 뉴 아틀라스는 금속 3D 프린팅이라는 **가능 기술(enabling technology)**을 통해 위상 최적화 설계를 구현하고, 이를 바탕으로 부품 수 자체를 줄이는 공격적인 '부품 통합' 설계 철학을 채택했다. 이는 선순환 구조를 만든다. 부품 수가 줄어들면 조립 복잡성과 고장 지점이 감소하고, 무게가 가벼워져 배터리 수명과 동적 성능이 직접적으로 향상된다. 예를 들어, 로봇의 골격 자체가 배선 통로의 역할을 겸하거나, 슬립링 구조를 프레임 내부에 통합하여 배선 꼬임과 단선 문제를 원천적으로 해결했다.

3.3. 센서 시스템 모듈: 360도 인지와 정밀 조작의 기반

로봇의 자율 동작을 위한 '오감'에 해당하는 센서 시스템은 '헤일로(Halo)'라 불리는 머리 부분의 센서 허브를 중심으로 구성된다.

인식 아키텍처

아틀라스의 주된 인식 수단은 RGB 카메라와 **깊이 센서(Depth Sensor)**가 결합된 스테레오 비전 시스템이다. 이를 통해 3차원 형상뿐 아니라 색상과 질감까지 인식하여 의미론적 정보를 추출한다. 여기에 장거리 LiDAR가 융합되어 주변 환경의 정밀한 3D 지도 생성(SLAM) 및 동적 경로 계획을 수행한다.

정밀 조작 센서

그리퍼와 각 관절에 내장된 고감도 토크 센서 및 촉각 센서는 물체를 다룰 때 필요한 힘을 정밀하게 제어하는 역할을 한다. 특히, 보스턴 다이나믹스의 '슈퍼트래커(SuperTracker)' 시스템은 시각 정보와 관절 인코더 정보를 융합하여, 물체가 시야에서 가려진 상태에서도 그 위치를 정확하게 추적하는 고도의 인지 능력을 제공한다.

3.4. 배터리 및 전력 관리 모듈: 장시간 운용과 자율 에너지 충전

상용화의 핵심 과제인 가동 시간 문제를 해결하기 위해 아틀라스는 지능형 전력 시스템을 탑재했다.

배터리 사양 및 혁신

약 1.2kWh 이상의 용량을 가진 고에너지 밀도 리튬이온 배터리 팩을 탑재하여, 일반적인 산업 환경에서 약 4시간의 연속 가동 시간을 제공한다. 가장 큰 혁신은 '자율 배터리 교체(Self-swapping)' 기능이다. 로봇은 배터리 잔량이 부족하면 스스로 충전 스테이션으로 이동하여 소진된 배터리를 완충된 배터리로 교체하고 즉시 작업에 복귀한다. 이 기능은 로봇을 교대 근무하는 도구에서 24/7 연속 가동 자산으로 변모시켜, 공장 운영자 입장에서 투자수익률(ROI) 계산을 획기적으로 개선한다.

전력 관리 시스템(BMS)

지능형 배터리 관리 시스템(BMS)은 수많은 배터리 셀의 상태를 실시간으로 모니터링하여 열 폭주와 같은 위험을 방지한다. 또한, 전력 분배 유닛(PDU)은 고성능 연산 장치와 56개의 액추에이터에 필요한 전력을 안정적이고 효율적으로 관리한다.

3.5. 연산 장치 및 통신 모듈: 엣지 AI 기반 지능

아틀라스의 '지능'을 담당하는 온보드 컴퓨팅 시스템은 실시간 제어와 고수준 AI 추론을 동시에 처리하도록 설계되었다.

컴퓨팅 하드웨어

내부에는 NVIDIA의 차세대 로보틱스 전용 SoC인 Jetson Thor가 탑재된 것으로 분석된다. Thor는 Blackwell 아키텍처 기반 GPU를 내장하여 딥러닝 및 강화 학습 모델을 실시간으로 구동한다. 특히, 구글 딥마인드(Google DeepMind)와의 협력을 통해 개발된 **'거대 행동 모델(Large Behavior Model)'**은 로봇이 복잡한 임무를 스스로 계획하고 수행할 수 있는 고도의 지능을 부여한다.

실시간 제어 및 통신

로봇의 균형 제어와 같이 1밀리초(ms) 이하의 지연 시간이 요구되는 작업을 위해 리눅스 기반의 **실시간 운영체제(RTOS)**가 사용된다. 내부적으로는 56개의 관절 제어기와 데이터를 주고받기 위해 EtherCAT 또는 CAN FD와 같은 고속 산업용 통신망을 활용한다.

이처럼 고도화된 하드웨어 모듈들이 제 성능을 발휘하고 상업적 성공을 거두기 위해서는, 이를 뒷받침할 수 있는 강력한 생산 및 공급망 전략이 필수적이다.

4. 공급망 혁신: 현대자동차그룹과의 수직 계열화

더 뉴 아틀라스의 성공은 기술적 성취를 넘어, 대부분의 첨단 로봇 프로젝트가 실패하는 지점, 즉 R&D 중심의 소량 프로토타입 제작 체계에서 자동차 산업의 대량 생산 공급망으로 전환하는 능력에 달려 있다. 현대자동차그룹의 인수는 독립적인 R&D 연구소에서는 불가능했던 규모의 경제로 가는 길을 제공한 **위험 제거 이벤트(de-risking event)**였다.

4.1. 현대모비스의 역할: 액추에이터 공급망의 핵심

현대모비스가 차세대 아틀라스의 액추에이터 단독 공급사로 확정된 것은 단순한 부품 조달 계약 이상의 전략적 의미를 지닌다. 이는 휴머노이드 로봇 하드웨어의 주도권이 소수의 부품에 의존하던 연구개발 단계에서, 대량 생산과 원가 경쟁력을 확보한 자동차 양산 공급망으로 넘어왔음을 알리는 명확한 신호탄이다.

4.2. 자동차 부품 표준화 전략의 적용

현대모비스는 수십 년간 축적해 온 자동차급 부품의 신뢰성 평가 시스템과 대규모 양산 경험을 아틀라스의 액추에이터 생산에 적용할 계획이다. 이를 통해 액추에이터의 생산 원가를 획기적으로 낮추는 동시에, 24시간 가동되는 산업 현장의 가혹한 환경을 견딜 수 있는 내구성을 확보하게 된다.

액추에이터는 휴머노이드 로봇 전체 재료비(BOM)에서 가장 큰 비중을 차지하는 핵심 품목으로, 업계 분석에 따라 적게는 40%에서 많게는 60% 이상을 차지하는 것으로 추정된다. 따라서 이 영역에서의 수직 계열화 성공 여부는 더 뉴 아틀라스의 가격 경쟁력과 상업적 성공을 결정짓는 핵심 요소라 할 수 있다.

이처럼 기술적 혁신과 공급망의 결합은 더 뉴 아틀라스에 전례 없는 경제적 가치를 부여하며, 산업용 휴머노이드의 미래를 새롭게 정의하고 있다.

5. 결론: 상업적 가치와 산업용 휴머노이드의 미래

본 백서에서 분석한 바와 같이, 보스턴 다이나믹스의 더 뉴 아틀라스는 유압 장치를 완전히 제거하고 **'반도체와 전동화'**로 전환함으로써 중대한 기술적, 상업적 도약을 이루었다. 이 혁신을 통해 복잡한 유지보수 문제를 해결하고 비용을 절감하는 동시에, 56개 관절의 정밀 서보 제어를 통해 인간 작업자 수준의 정교한 조작 능력을 확보하는 두 가지 핵심 목표를 동시에 달성했다.

경제성 전망 분석

초기 생산 단계에서는 정밀 액추에이터와 고성능 AI 칩셋으로 인해 대당 50만 달러 이상의 높은 단가가 예상된다. 하지만, 현대자동차의 글로벌 공급망을 활용한 부품 표준화와 대량 생산 체계가 본격화되면, 한 산업 분석(Source 17)에 따르면 장기적으로 2045년경에는 대당 2.3만 달러 수준까지 가격이 하락할 가능성이 있다. 이는 아틀라스가 인간 노동력과 경쟁할 수 있는 충분한 경제성을 확보하게 됨을 의미한다.

미래 비전 제시

더 뉴 아틀라스는 더 이상 연구실의 실험체가 아니다. 이는 현대자동차 조지아 메타플랜트와 같은 실제 공장에서 무거운 부품을 옮기고 정밀한 조립을 수행하는 **'슈퍼 작업자'**로 활약하게 될 것이다. 이 기술은 로봇이 **'체화된 지능(Embodied Intelligence)'**을 통해 물리적 세계를 이해하고 상호작용하는 새로운 로봇 공학 시대의 개막을 알리는 신호탄이다. 아틀라스가 제시하는 구조적 견고함과 지능적 유연성은 인류가 꿈꿔온 인간과 로봇의 공존이 머지않은 미래임을 증명하고 있다.